NeoFronteras

Los investigadores y el dispositivo (University of Arizona).

La materia se puede comportar como ondas, incluyendo no sólo partículas elementales sino átomos o moléculas enteros. Este es un resultado de la Mecánica Cuántica. En un bonito y reciente experimento se ha utilizado esta bien conocida propiedad para medir los límites de lo muy pequeño.
Físicos de la universidad de Arizona han medido cómo los átomos se aceleran cuando se acercan a la superficie de un sólido y cómo la longitud de onda cuántica asociada a los mismos se acorta.
Esta es la primera medida que confirma que la longitud de onda asociada a los átomos se acorta o se alarga dependiendo de la distancia a una superficie, una idea ya propuesta en los años veinte.
Estas medidas dictan cómo de pequeño puede ser un dispositivo nanotecnológico antes de que las fuerzas entre átomos y superficies (fuerzas de Van der Walls) empiecen a ser demasiado fuertes. Además, estos resultados son importantes en óptica atómica donde la meta es usar la naturaleza ondulatoria de los átomos para hacer sensores. Tambien son importantes para estudiar la naturaleza de la mecánica cuántica. Los resultados han sido publicados hace unos días en un artículo en Physical Review Letters (copia).
Estos investigadores han utilizado un dispositivo llamado interferómetro atómico de tres metros de largo para hacer interferir dos haces de átomos, exhibiendo de este modo su naturaleza ondulatoria (tal y como dicta la Mecánica Cuántica) y han observado la posición de las cretas de dichas ondas. Este dispositivo es uno de la media docena que hay en todo el mundo.
Han visto que una superficie a 25 nanómetros produce un corrimiento de las longitudes de ondas de estos haces de átomos debido a la presencia de fuerzas de Van der Waals. Los átomos llegan a sufrir aceleraciones de un millón de veces la aceleración de la gravedad.
Cualquier átomo a 10 o 20 nanómetros de la superficie es inmediatamente atraído por la misma y muy rápidamente.

Esquema del interferómetro atómico. Un haz de átomos se divide por una red de difracción en dos haces que viajan por caminos distintos (azul y verde) que luego se hacen interferir entre sí. La zona rodeada por el círculo es la zona donde se da la interacción con la superficie. Las tres principales redes (denotadas por «G») están separadas un metro unas de otras. Cuando se hacen converger de nuevo interfieren entre sí de un modo que depende del corrimiento de las longitudes de onda que el haz denotado por azul haya podido sufrir por efecto de la atraccción superficial. Entonces el desfase puede así ser observado.

Cuando los átomos pasan cerca de una superficie son acelerados y sus longitudes de onda se acortan debido la famosa expresión de De Broglie. Cuando los átomos se alejan entonces recuperan su original longitud de onda pero desfasada. Este efecto es el que se puede medir con el interferómetro de átomos a través de la configuración de recombinación que se ve al final y que mide el desfase producido entre los dos caminos.
Según los autores del artículo entre las aplicaciones prácticas de este resultado cabe citar las implicaciones en nanotecnología, respondiendo a la pregunta de cuánto podemos reducir un dispositivo nanométrico. Además, en óptica atómica ayudaría a crear giróscopos más precisos para la navegación espacial o gravímetros para mapear el suelo y poder así encontrar minerales o petróleo.

Fuente: University of Arizona

Contactos:

John D. Perreault: johnp@physics.arizona.edu
Alexander D. Cronin: cronin@physics.arizona.edu